[发明专利]一种复杂表决系统的可靠性建模与解算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复杂表决系统的可靠性建模与解算方法，具体说，涉及一种基于可扩展网络可靠性框图的复杂表决系统的可靠性建模与解算的方法，属于系统可靠性建模与仿真技术领域。

背景技术

可靠性是指产品或系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。产品或系统可靠带来的成功经验，产品或系统不可靠带来的失败和教训，使人们逐渐加深了对可靠性问题的认识。目前，可靠性已经成为产品或系统质量的重要指标，产品或系统的可靠性水平成为一个国家工业发展水平的重要标志，受到世界各国的高度重视。

在对产品或系统进行可靠性分析和设计时，为了预计、估算和评定其可靠性，首先就是要建立合适的系统可靠性模型，所以模型的好坏直接影响着产品或系统的可靠性分析和设计的效率和准确性，在产品或系统可靠性工程中起着非常重要的作用。

随着社会的进步和科学技术的发展，现代工业系统正向着功能综合化、设备多样化、信息集成化方向发展，导致系统规模越来越大，结构越来越复杂，其在可靠性模型特征上表现为要求描述复杂关联、结构网络化等。但传统的系统可靠性模型难以同时方便灵活地描述和表达复杂系统的这些特点，正因为如此，对使用更好的建模及解算方法的工程需求也就愈来愈强烈。

近年来，国外在复杂系统可靠性建模及分析领域有了长足的发展，并在国际范围内的工程应用也日趋广泛。反观国内工业领域，尤其在军工领域，一方面，随着其产品水平不断向国际水平迈进，对质量可靠性的要求越来越高，同时，随着科技的迅速发展，产品功能、结构日益复杂，对复杂系统可靠性建模和解算方法的需求日益迫切；另一方面，国内复杂系统可靠性建模的技术还相对落后，相关建模工具的自主研发能力比较有限，很难解决实际可靠性工程应用中的一些问题。其中复杂系统的网络化构造、复杂表决系统、复杂贮备系统等的可靠性建模与解算/仿真是国内可靠性建模与仿真学科发展中遇到的一些难题，影响着可靠性工程技术的发展。

本发明在国内外现有建模和仿真技术的基础上，根据复杂表决系统结构自身的特点——每个表决模块追本溯源总能找到他们共同的源点，给出了适用于复杂表决系统的可靠性建模与解算方法，为含复杂表决系统的产品可靠性预计、估算和评定提供了一种高效的方法；同时，为今后可靠性建模仿真工具的开发提供了资源。

发明内容

1目的

本发明的目的是提供了一种复杂表决系统的可靠性建模与解算方法，它克服了现有技术的不足，能够准确高效的预计和估算含有复杂表决系统的产品的可靠性。

2技术方案

首先引入几个基本定义：

定义1：表决器：判断k/n(G)系统部件工作情况及决定整个k/n(G)系统是否工作的装置或功能模块。

定义2：表决模块：即k/n(G)系统中的n个起表决作用的部件或模块。

exRBD中的k/n(G)因其表决模块的具体特征可分为两类，简单k/n(G)和复杂k/n(G)。

定义3：当表决系统中所有表决模块的源节点和汇节点分别一致时，我们称这种k/n(G)系统为简单k/n(G)系统(如图1所示)。

定义4：当表决系统中存在表决模块的源节点或汇节点不一致时，该k/n(G)系统为复杂k/n(G)系统(如图2所示)。

本发明一种复杂表决系统的可靠性建模与解算方法，其步骤如下：

步骤1，搜索可靠性框图中的全部最小路集，生成全系统结构函数φ＝α+β，β为包含表决器VM的最小路集项；

步骤2，将β子图独立出来，并以表决器VM为节点分为两个子图，β＝η+θ，η称为广义表决结构；

步骤3，搜索η中起的S到各表决模块的最小路集，生成各表决模块的等效布尔结构函数λi；

步骤4，根据每个表决模块的λi，将广义表决结构转换为等效简单表决结构；

步骤5，采用表决系统结构函数法求解等效简单表决结构，即求解广义表决系统的结构函数η；

步骤6，用最小路集法求解VM到终点T的结构函数θ；

步骤7，分别求得β和φ，对φ进行BDD不交化求得不交化结构函数，进而求出系统可靠度R(φ)。

其中，步骤1中所述的可靠性框图为所分析产品相应层次的可靠性框图网络，最小路集搜索方法为节点遍历法，结构函数为布尔结构函数。

其中，步骤2中所述的广义表决结构η为传统表决结构的扩展结构，由β中起点S到表决器VM中的模块和表决器VM构成，θ由β中表决器VM及其之后的模块组成。